Fundamentos de los Sistemas de Microprocesados I Jhonny Novillo Vicuña, Dixys Hernández Rojas

Universidad Técnica de Machala

Fundamentos de los Sistemas Microprocesados I

Ing. César Quezada Abad, MBA Rector Ing. Amarilis Borja Herrera, Mg. Sc. Vicerrectora Académica Soc. Ramiro Ordóñez Morejón, Mg. Sc. Vicerrector Administrativo

COORDINACIÓN EDITORIAL VICERRECTORADO ACADÉMICO Tomás Fontaines-Ruiz, PhD. Investigador Becario Prometeo-Utmach Asesor Del Programa De Reingeniería Ing. Karina Lozano Zambrano Coordinadora Editorial Ing. Jorge Maza Córdova, Ms. Ing. Cyndi Aguilar Equipo de Publicaciones

Fundamentos de los Sistemas Microprocesados I

Johnny Novillo Vicuña Dixys Hernández Rojas

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA 2015

Dedicatoria

A nuestras familias, quienes son nuestra inspiración y fortaleza de todos los días, y a nuestros queridos estudiantes, compañeros permanentes en nuestro aprendizaje. Los autores

Agradecimiento

A Erika y sus compañeros del Octavo Semestre, Paralelo B, de la Carrera de Ingeniería de Sistemas de la Universidad Técnica de Machala, por su valioso aporte para el desarrollo del presente libro. Los autores

Primera edición 2015 ISBN Obra completa: 978-9978-316-99-3 ISBN: 978-9978-316-89-4 D.R. © 2015, universidad técnica Ediciones utmach Km. 5 1/2 Vía Machala Pasaje www.utmachala.edu.ec Este

de machala

texto ha sido sometido a un proceso de evaluación por pares externos

con base en la normativa editorial de la utmach.

Portada: Concepto editorial: Jorge Maza Córdova Samanta Cabezas (est. Comunicación Social) Fotografía: Dir. de Comunicación UTMACH Diseño, montaje y producción editorial: UTMACH Impreso y hecho en Ecuador Printed and made in Ecuador Advertencia: “Se prohíbe la reproducción, el registro o la transmisión parcial o total de esta obra por cualquier sistema de recuperación de información, sea mecánico, fotoquímico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o cualquier otro, existente o por existir, sin el permiso previo por escrito del titular de los derechos correspondientes”.

Índice

Introducción .............................................................................. 13 Introducción a los microprocesados........................................ 15 Escalas de integración de los circuitos integrados.................... 16 Tipos de encapsulamiento........................................................ 20 Encapsulamiento de los circuitos integrados............................ 22 Encapsulamiento de los dispositivos electrónicos discretos ...... 26 Evolución de los microprocesadores......................................... 29 Evolución de los microprocesadores intel................................. 29 Evolución de los microprocesadores amd................................. 42 Consideraciones a tener presentes en la evolución de los microprocesadores................................................................... 49 El grafeno y su posible aplicación en los microprocesadores..... 53

Dispositivos para decodificación y memoria............................ 59 Mapas de memoria de sistemas basados en microprocesador... 60 Definición de mapa de memoria............................................... 60 Mapa de memoria de la IBM PC................................................ 64 Variables y ecuaciones para el diseño de mapas de memoria.... 64 Determinación de rangos de direcciones para dispositivos........ 65 Decodificador de direcciones para sistemas microprocesados... 77 Diseño del decodificador de direcciones a través de compuertas lógicas..................................................................................... 80

Aplicación del DEMUX 74138 como decodificador de direcciones 85 Dispositivos de memoria.......................................................... 89 Clasificación de las memorias................................................... 89 Constitución interna de las memorias...................................... 92 Chips de memorias de programa.............................................. 94 Chips de memorias de datos..................................................... 97 Módulos de memoria .............................................................. 101 Características de los módulos de memoria.............................. 101 Evolución de los módulos de memoria...................................... 102 Nomenclatura de los módulos de memoria............................... 109

Glosario...................................................................................... 115 Bibliografía................................................................................. 119 Anexos........................................................................................ 123 Apéndices................................................................................... 127 Índices de cuadros, gráficas, imágenes y fotografías.............. 137 Índice de cuadros..................................................................... 137 Índice de gráficas..................................................................... 138

Biografía..................................................................................... 139

Introducción

Esta primera edición de la colección Fundamentos de los Sistemas Microprocesados, es una fuente de información para quienes tienen el deseo de aprender acerca de los microprocesadores. El aprendizaje que realicen al mantener una lectura constante, estará enfocado en temas que van desde los conceptos básicos hasta las aplicaciones prácticas. Los temas aquí considerados, han sido seleccionados por los autores, fruto de sus experiencias por más de diez años, en la enseñanza de la asignatura de Microprocesadores, y que consideran permitirían alcanzar un aprendizaje progresivo y sistemático de los principios que rigen los sistemas microprocesados. Esta colección es de mucho interés, pues está enfocada en un tema, que ha tenido un desarrollo vertiginoso, desde la aparición del primer microprocesador al mercado, lanzado por la empresa Intel (4004) en el año de 1971, que contaba con 2300 transistores; hasta el Core i7 lanzado en el año de 2010, que cuenta con más de 774.000.000 transistores. La colección Fundamentos de los Sistemas Microprocesados, está compuesta en tres tomos, cada uno de los cuales tiene 2 capítulos. El contenido del presente Tomo I, se detalla a continuación: • Capítulo i – Introducción a los microprocesadores: Este capítulo comprende 4 temáticas: Las escalas de integración de los circuitos integrados, los tipos de encapsulamiento de los dispositivos electrónicos, la evolución que han tenido los microprocesadores y la utilización del grafeno como posible componente para la fabricación futura de los microprocesadores.

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• Capítulo ii – Dispositivos para decodificación y memoria: Estructurado también en 4 temáticas principales, que permiten analizar los mapas de memoria, decodificadores de direcciones, dispositivos y módulos de memoria; todos estos basados en un sistema microprocesado. Conforme realice la lectura, se encontrará con símbolos que le ayudarán a entender mejor el tema, evaluar sus conocimientos y reforzar lo aprendido mediante fuentes alternas para complementar ciertos temas. Entre los símbolos establecidos se encuentran:

Sabías que... Presenta un enfoque que los autores realizan sobre una temática relacionada al tema central o sobre algún dato curioso propicio en el contenido. Resuelve

Preguntas de reflexión que le ayudarán a reforzar su conocimiento del tema.

Bibliografía y Fuentes Electrónicas

1 Ejemplo

Solución

Ejercicios Propuestos

Bibliografía y fuentes electrónicas que le ayudarán a complementar el tema tratado.

Enunciado de ejemplo práctico sobre la temática correspondiente.

La solución del ejercicio que se ha enunciado en Ejemplo.

Problemas planteados con la finalidad de desarrollar la independencia cognoscitiva del lector, respecto del tema tratado.

Introducción A los Microprocesadores

Objetivos ● Analizar las escalas de integración para una adecuada caracterización de los circuitos integrados. ● Identificar los diferentes tipos de encapsulamiento para una adecuada caracterización de los circuitos integrados. ● Caracterizar a los microprocesadores Intel y AMD en su evolución en el tiempo. ● Caracterizar el grafeno y su posible aplicación en los microprocesadores.

Introducción Los microprocesadores han experimentado un sin número de mejoras a través de los años, las mismas que han permitido alcanzar el desarrollo de sistemas microprocesados tan sofisticados como lo son, por ejemplo, los computadores personales de hoy en día. Para comprender estas mejoras, en el presente capítulo se detallarán las diversas escalas de integración que se han alcanzado en el desarrollo de los circuitos integrados. Además, se analizarán los tipos de encapsulados de los circuitos electrónicos con algunos ejemplos de aplicación y la evolución que han tenido los microprocesadores de las empresas más representativas como son Intel y AMD.

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Para concluir se analiza uno de los materiales de mayor perspectiva, como es el grafeno, y su posible aplicación en los microprocesadores.

Escalas de integración de los circuitos integrados

Los circuitos integrados, también conocidos por sus siglas CI, han ido evolucionando en el tiempo sus funcionalidades y la complejidad de su estructura. Los circuitos integrados están compuestos por transistores y/o compuertas lógicas. Dependiendo de la cantidad que los componen, se clasifica a los circuitos integrados en las siguientes escalas de integración: • SSI (Short Scale Integration/Integración en pequeña escala) • MSI (Medium Scale Integration/Integración en escala media) • LSI (Large Scale Integration/Integración en gran escala) • VLSI (Very Large Scale Integration/Integración de muy gran escala) • ULSI (Ultra Large Scale Integration/Integración de ultra gran escala) • GLSI (Giga Large Scale Integration/Integración de giga gran escala) A continuación, se detallarán específicamente. Tabla 1. Integración en pequeña escala Denominación:

Integración en pequeña escala

Siglas:

SSI

Año de aparición (aprox.):

1960

Número de compuertas:

1 a 10

Número de transistores

10 a 100

Ejemplos de aplicación:

Puertas lógicas, biestables, primeros circuitos integrados lineales, oscilador - temporizador 555.

Numeración

Aplicación

74LS08

Compuerta lógica AND

Imagen

Introducción a los microprocesadores Tabla 2. Integración en escala media Denominación:

Integración en escala media

Siglas:

MSI

Año de aparición (aprox.):

1965

Número de compuertas:

10 a 100

Número de transistores

100 a 1.000

Ejemplos de aplicación:

Decodificadores, codificadores, sumadores, registros, contadores, multiplexores, demultiplexores.

Numeración

Aplicación

74138

Demux de 1 a 8

Imagen

Tabla 3. Integración en gran escala Denominación:

Integración en gran escala

Siglas:

LSI

Año de aparición (aprox.):

1970

Número de compuertas:

100 a 1000

Número de transistores

1.000 a 10.000

Ejemplos de aplicación:

Procesadores aritméticos, memorias, microprocesadores de 4 y 8 bits, unidades aritméticas y lógicas (ALU’s).

Numeración

Aplicación

C3101

Memoria estática de acceso aleatorio (o RAM estática) / SRAM

Imagen

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18

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

Tabla 4. Integración de muy gran escala Denominación:

Integración de muy gran escala

Siglas:

VLSI

Año de aparición (aprox.):

1978

Número de compuertas:

1.000 a 10.0000

Número de transistores

10.000 a 1.000.0000

Ejemplos de aplicación:

Memorias, microprocesadores de 8 y 16 bits, microcontroladores, fichas de matriz lógica diseñados para circuitos digitales, sistemas de adquisición de datos.

Numeración

Aplicación

Intel 8088

Microprocesador

Imagen

Tabla 5. Integración de ultra gran escala Denominación:

Integración de ultra gran escala

Siglas:

ULSI

Año de aparición (aprox.):

1985

Número de compuertas:

10.000 a 100.000

Número de transistores

100.000 a 10.000.000

Ejemplos de aplicación:

Procesadores digitales, microprocesadores de 32 y 64 bits, módulos de construcción básica de los dispositivos electrónicos modernos.

Numeración

Aplicación

Intel 80386sx

Microprocesador

Imagen

Introducción a los microprocesadores Tabla 6. Integración de giga gran escala Denominación:

Integración de giga gran escala

Siglas:

GLSI

Año de aparición (aprox.):

1995

Número de compuertas:

> 100.000

Número de transistores

> 10.000.000

Ejemplos de aplicación:

Microprocesadores avanzados.

Numeración

Aplicación

Intel Pentium 4

Microprocesador Computadoras

Imagen

Sabías que... Ley de Moore En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, predijo que el número de transistores en un chip se duplicaría cada dos años. En base a lo anterior, se concluye que se ha estado cumpliendo esta ley, pero que probablemente también este llegando a su fin.

Preguntas de reflexión

• ¿Qué se debe hacer si se desea clasificar un circuito integrado acorde a su escala de integración? • ¿Por qué razón se desarrollaron diversas escalas de integración de los circuitos integrados?

Bibliografía y Fuentes Electrónicas

1

• Mandado, E. (2008). Sistemas Electrónicos Digitales, Séptima Edición. Barcelona: Alfa Omega. • Mandado Pérez, E., & Mandado Rodríguez, Y. (2008). Sistemas electrónicos digitales - Novena Edición. Barcelona - España: MARCOBO, Ediciones Técnicas 2008.

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Tipos de encapsulamiento Los circuitos integrados requieren de comunicación con otro tipo de componentes, por ello tienen una serie de pines o terminales que le permiten conectarse con el exterior. Además, contienen en su interior una serie de transistores y conexiones miniatura que resultan ser muy delicados como para estar expuestos, por lo que cuentan con una envoltura de cerámica o plástico que hace se mantenga más seguro su contenido; a este tipo de protección es la que se denomina encapsulado. Funciones El encapsulado de los circuitos integrados, cumple las siguientes funciones: • Excluir las influencias ambientales. • Permitir la conectividad eléctrica. • Disipar el calor. • Facilitar el manejo y montaje. Excluir las influencias ambientales: Diferentes tipos de influencias pueden incidir en el mal funcionamiento de un circuito integrado, como es la humedad, polvo y el aire, que son factores que repercuten gravemente en el uso y manejo del encapsulado. El degradado de un encapsulado también puede depender de la luminosidad a la que está expuesto el mismo. Permitir la conectividad eléctrica: El encapsulado presenta varios pines que permitirán el flujo de la corriente; estos pines están conectado al chip que se encuentra dentro del encapsulado. Disipar el calor: Los chips deben ser capaces de liberar el calor que se genera al desempeñar sus funciones; en caso de llegar a temperaturas muy elevadas es probable que tengan un mal funcionamiento, se desgasten más rápido e incluso se dañen. Podemos citar algunas características sobre uso y rendimiento. • Encapsulados hechos de plástico se utilizan mucho en equipos de tipo comercial. • Los encapsulados cerámicos, por su flexibilidad y adaptabilidad al medio tienen un mejor rendimiento que los plásticos. • También existen encapsulados de tipo metálico que, por su robustez, suelen ser usados en equipos de propósito militar. Facilitar el manejo y montaje: Por su tamaño y sensibilidad, los chips presentan un encapsulado que permitirá su manipulación y

Introducción a los microprocesadores

21

montaje en una placa de circuito electrónico Características de los Encapsulados Las características principales que diferencian unos encapsulados de otros son: Figura 1. Características de los encapsulados.

Dimensiones

~

------~ -----Máximo número de pines

Espaciado entre pines

Modo de Montaje. TH-SM

Dimensiones: Se refiere al tamaño que tiene el encapsulado, y tiene una relación directamente proporcional con el número de transistores que posee el circuito integrado. Número máximo de pines: Indica la cantidad máxima de pines con que cuenta un circuito integrado, alcanzando mayores cantidades cuando el encapsulado presenta los pines distribuidos en sus cuatro lados. Espaciado entre pines: Es la distancia que existe entre los pines de un circuito integrado; mientras menos espaciado, mayor cantidad de pines. Montaje TH/SM: Se refiere a la forma en que están colocados los dispositivos electrónicos en una placa. Cuando los pines están atravesados de una superficie a otra se le conoce con el nombre de montaje de inserción o a través del agujero (TH, through hole). En cambio, cuando solo están colocados sobre una sola cara de la placa se les conoce como de montaje superficial (SM, sourface mount). Figura 2. Tipos de montajes de circuitos integrados (a) Montaje de inserción-TH (b) Montaje Superficial-SM

1 ~~~ 1 • 11111111111111111111111111111\\U\\\\\

lllliiliiiiiiiiiiiiiHilllllífliiliiii"::-

(a)

(b)

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Encapsulamiento de los circuitos integrados Los CI son pequeños dispositivos semiconductores que poseen en su interior, un conjunto de transistores interconectados entre sí, que dependiendo de la cantidad pueden aumentar las funciones del chip. Entre los encapsulados de CI más conocidos están: Tabla 7. Tipos de encapsulados de circuitos integrados Montaje Siglas

Denominación De inserción

BGA

Ball Grid Array

CPGA

Ceramic Pin Grid Array

x

DIP

Dual In‐Line Package

x

Superficial x

LGA

Land Grid Array

PGA

Pin Grid Array

x

PPGA

Plastic Pin Grid Array

x

QFJ/PLCC

Plastic Leaded Chip Carrier/ Quad-Flat-J-Leg Chipcarrier

x

QFN

Quad Flat No leads

x

QFP (BQFP, FQFP, CQFP, MQFP, PQFP, SQFP, TQFP, VQFP, HQFP, LQFP, VTQFT, BQFPH)

Quad Flat Pack

x

SIP

Single In‐Line Package

SOIC

Small Outline Integrated Circuit

x

SOJ

Small Outline J-Leaded

x

SOP

Small Outline Package

x x

TCP

Tape Carrier Package

TSOP

Thin Small Outline Package

ZIP

Zig‐Zag In‐Line Package

x

x

x x

A continuación, se presentan ejemplos de encapsulado de circuitos integrados con su respectiva descripción y aplicación.

Introducción a los microprocesadores Encapsulados de circuitos integrados.

Ejemplo 1- 2

Tabla 8. Ejemplos de encapsulados de circuitos integrados. Tipo de Encapsulamiento

Descripción

DIP

• Carcasa de plástico • Tiene una muesca que indica el pin 1 • Tiene pines de ambos lados • Poseen entre 8 y 64 pines

SIP

SOIC

• Tiene pines de un solo lado • Montaje en forma vertical • Posee entre 5 y 40 pines

• Son iguales que los DIP, pero de montaje superficial • Pines en forma de alas de gaviota • Pueden tener más de 64 pines

Escala de Integración

Aplicación

SSI/MSI

Permite realizar el conteo en formato BCD (Binary Coded Decimal), de una serie de pulsos provenientes de una fuente externa.

LSI

Utilizado para el envasado de RAM chips y múltiples resistencias con un pasado común. Se encuentran comúnmente en los módulos de memoria.

VLSI

Es una familia de alta calidad monolítica de amplificadores que emplean la tecnología bipolar con la innovadora alta conceptos de rendimiento para el procesamiento de señales de audio y datos.

Imagen

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Tipo de Encapsulamiento

SOJ

Descripción

• Pines se ubican solo en los bordes más largos y pueden tener una separación en el centro • Pines con forma de “J”

SOP

• Pines con formas de alas de gaviota • Menor separación entre los pines que el encapsulad SOIC.

TSOP

• Pines con forma de alas de gaviota • Estructura más delgada que SOP • Se enfría más rápido • Separación de pines menor que la de SOP

PLCC

• Tiene terminales en los 4 bordes • Fabricado en plastico • Pines tipo “J” • Posee entre 18 y 124

Escala de Integración

VLSI

VLSI

Aplicación

Se usaron en los módulos de memoria SIMM

. - .. . . .

..

- ..

. . .. . . . .

.

Driver led 18 salidas corriente constante 5-30 mA, regulación PWM 256 niveles de gris, control SPI 2 hilos

Circuitos integrados de memoria DRAM

VLSI

Imagen

Para generar y regular voltajes, programar y borrar operaciones.

•

7

Introducción a los microprocesadores

Tipo de Encapsulamiento

Descripción

QFP

• Mejora del encapsulado SOP, tiene más pines • Tiene pines por los 4 bordes • Posee entre 10 y 300 pines

QFN

• Similar al QFP • Los pines se sitúan en los cuatro bordes pero en la parte inferior

BGA

PGA

• Terminales se ubican en cara inferior y son esferas de soldadura • Posee más de 500 pines

• Pines se sitúan en cara inferior • Se fabrican de plástico o cerámica • Posee entre 68 y 500 pines

Escala de Integración

Aplicación

VLSI

Regulador de la velocidad del ventilador y la función “SmartGuardian” del ITE.

VLSI

Para proporcionar una sistema de regulación de voltaje de precisión para avanzados microprocesadores.

ULSI

El hardware dentro de una computadora u otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones de un programa informático mediante la realización de las operaciones básicas aritméticas, lógicas y de entrada/salida del sistema.

ULSI

Microprocesador de PC

Imagen

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Tipo de Encapsulamiento

LGA

Descripción

• Contactos alineados en forma de arreglo en su cara inferior • Tiene baja inductancia • Modelo mejorado de BGA y PGA • No tiene pines ni esferas de soldadura

Escala de Integración

GLSI

Aplicación

Imagen

Microprocesador de PC

No solamente los circuitos integrados poseen diversos tipos de encapsulamiento, también existen dispositivos electrónicos individuales o discretos que poseen diferentes tipos de envoltura o encapsulamiento.

Encapsulamiento de los dispositivos electrónicos discretos Los componentes electrónicos discretos son aquellos que contienen en su interior únicamente componentes eléctricos o electrónicos, que pueden ser: • Pasivos: resistencia, condensador, bobina, etc. • Activos: diodo, transistor, regulador, etc. Entre los encapsulados de dispositivos discretos más conocidos están: Tabla 9. Tipos de Encapsulados de dispositivos electrónicos discretos De inserción

Montaje superficial

TO-3

SC-59

TO-92

SC-62

TO-18

SC-70

TO-39

SC-72

TO-126

HVSON

TO-220

XSOF

TO-251

MLP

Introducción a los microprocesadores Encapsulados de dispositivos electrónicos discretos.

Ejemplo 1- 1

Tabla 10. Ejemplos de tipos encapsulados de dispositivos electrónicos discretos Tipo de Encapsulamiento

Descripción

Aplicación

TO-92

• De pequeñas dimensiones • Estructura superior de material plástico • Las patas (emisor, base, colector) no tienen un orden especifico

Transistor NPN bipolar para amplificar pequeñas señales, utilizado principalmente en equipos de procedencia europea.

TO-18

• De mayor tamaño que el TO-92 • Su estructura es metálica • Su carcasa tuene una protuberancia que señala que la pata cercana es el emisor

Para amplificaciones de señales

TO-39

• Estructura similar al TO-18, pero con mayor tamaño • Posee una protuberancia que indica el pin emisor

Utilizado para efectos de disipacion de calor.

TO-126

• Tienen una potencia reducida • Suele colocárseles un radiador

Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana potencia

Imagen

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Tipo de Encapsulamiento

TO-220

TO-3

Descripción

Aplicación

• Dispositivos con 2 a 7 patas • Reverso metálico con un orificio • Van sobre un disipador • Manejan mayores potencias que los TO-92

Transistor NPN bipolar para amplificar pequeñas señales, utilizado principalmente en equipos de procedencia europea.

• Es de gran tamaño • Solo posee dos patas visibles • Su estructura metálica suele ponerse cerca de un disipador de calor • El cuerpo está conectado directamente con el colector

Imagen

Para amplificaciones de señales

Preguntas de reflexión • ¿Por qué existen diversos tipos de encapsulamiento de los circuitos integrados? • ¿Existe alguna relación entre las escalas de integración y tipos de encapsulamiento de los circuitos integrados? • ¿Cuándo es útil utilizar circuitos integrados o dispositivos discretos de montaje superficial?

Bibliografía y Fuentes Electrónicas

O!J

• Mandado Pérez, E., & Mandado Rodríguez, Y. (2008). Sistemas electrónicos digitales - Novena Edición. Barcelona - España: MARCOBO, Ediciones Técnicas 2008. • Ayuda Electrónica. (2008). Tipos de Encapsulados. Recuperado el 1 de Noviembre de 2015, de http://ayudaelectronica.com/tipos-de-encapsulados/ • Ayuda Electrónica. (2008). Tipos de Encapsulados. Recuperado el 1 de Noviembre de 2015, de http://ayudaelectronica.com/encapsulados-smd/ • Ontivero Aguilera , M. (s.f.). Encapsulados de Circuitos Integrados. Recuperado el 1 de Noviembre de 2015, de http://www.info-ab.uclm.es/ labelec/Solar/Componentes/Encapsulados/ encapsulados.swf • López, C., García, M., Portela, M., Lindoso, A., Entrena, L., & San Mlilán, E. (s.f.). Encapsulados de Circuitos Integrados. Recuperado el 2015 de Noviembre de 2015, de http://ocw.uc3m.es/tecnologia-electronica/ circuitos-integrados-y-microelectronica/teoria_cis/fabricacion-y-encapsulado-de-cis

Introducción a los microprocesadores

29

Evolución de los microprocesadores Desde sus inicios, el microprocesador es considerado el componente más importante de la computadora. Realizando una analogía con el ser humano, el microprocesador sería como el cerebro de un computador. Es oportuno entonces, mencionar una conceptualización del microprocesador. El Microprocesador, también llamado procesador, es un circuito integrado complejo que realiza funciones de procesamiento en un sistema microprocesado. Está conformado según su escala de integración por miles o millones de transistores y consecuentemente de compuertas lógicas. Cabe agregar que la empresa Intel creó el primer microprocesador, y a partir de ese momento se han observado grandes avances, surgiendo también otras empresas con el mismo objetivo, siendo así la empresa amd su principal competidora. Por las consideraciones anteriores, a continuación, se caracterizará la evolución de los microprocesadores intel y amd.

Evolución de los microprocesadores

intel

Intel (Integrated Electronics Corporation), fundada el 18 de Julio de 1968 por Gordon E. Moore y Robert Noyce, es una de las corporaciones más grandes del mundo, reconocida por ser el mayor fabricante de circuitos integrados, entre cuales sobresalen los microprocesadores y las tarjetas madre. Intel también es la creadora de procesadores con arquitectura x86. La corporación Intel desde sus inicios en 1968, ha mostrado sus grandes creaciones y continúa haciéndolo, manteniéndose en este proceso de evolución constante. A continuación, se presenta la evolución de sus microprocesadores. Intel 4004 El microprocesador Intel 4004 fue el primer microprocesador disponible comercialmente lanzado por la marca Intel, encapsulado en un paquete de 16 pines.

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Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

INTEL 4004 Año de Fabricación:

1971

Proceso de fabricación:

10 micas

Nro. Transistores:

2.300

Nro. Pines:

16

Encapsulado:

DIP

Bus de datos:

4 bits

Bus de direcciones:

4 bits

Voltaje de alimentación:

5V

Memoria direccionable:

640 KB

Velocidad de reloj:

108 KHz

Intel 8080 El microprocesador Intel 8080 fue uno de los más usados en los computadores de la época de 1974.

INTEL 8080 Año de Fabricación:

1974

Proceso de fabricación:

6 micras

Nro. Transistores:

4500

Nro. Pines:

40

Encapsulado:

DIP

Bus de datos:

8 bits

Bus de direcciones:

16 bits

Voltaje de alimentación:

5V

Memoria direccionable:

64 KB

Velocidad de reloj:

2 MHz

Intel 8085 El microprocesador Intel 8085 fue fabricado en el año 1977 y a pesar de ser compatible con el microprocesador 8080, éste requería menos soporte de hardware.

31

Ejemplos de instrucciones del microprocesador 8085, analizadas con simulador

INTEL 8085

~ COOOH

9830212

= 49151 => BFFFH

RAM (32 Kb)

LIBRE (60 KB)

36864/2 = 18432 => 4800H 3686212 = 18431 => 47FFH

ROM 2 (4 Kb)

32768/2 = 16384 e> 4000H 3276212 = 16383

= 3FFFH

ROM 1 (16Kb X 16) 32 KB

OOOOH

Nota: Se sugiere revisar el proceso, que llevaría a determinar más rápidamente los rangos de direcciones establecidos anteriormente, mediante el análisis numérico que se indica en el costado derecho de la figura 18. Preguntas de reflexión

• ¿Qué utilidad tiene un mapa de memoria? • ¿Qué utilidad tiene la asignación de rangos de direcciones para los dispositivos en un mapa de memoria de un sistema microprocesado?

Fuentes Electrónicas • Facultad de Ingeniería - UNER. (2013). Mapas de memoria. Recuperado el 1 de Noviembre de 2015, de http://www.bioingenieria.edu.ar/ academica/catedras/electronica_digital/archivos/teorias/mapas%20 de%20memorias.pdf • Universidad Nacional de Educación a Distancia. (s.f.). Diseño de bloques de memoria. Recuperado el 1 de Noviembre de 2015, de http:// www.uned.es/ca-bergara/ppropias/Morillo/web_etc_II/02_unidad_ memoria/DISENO_DE_BLOQUES_DE_MEMORIA.pdf

Dispositivos para decodificación y memoria

77

Decodificador de direcciones para sistemas microprocesados. Figura 19. Diagrama básico de un sistema microprocesado

BUS DE DIRECOONES

SEÑALES DE HABIUTAOÓN A DJSPOSJTJVOS

Decodificador de direcciones El decodificador de direcciones es un circuito digital que se encarga de interpretar las direcciones enviadas por el bus de direcciones, para habilitar dispositivos que puede ser memorias o dispositivos de entrada-salida, dependiendo de sus rangos de direcciones correspondientes que constan en el mapa de memoria del sistema microprocesado. En la figura 19, se observa que el decodificador de direcciones recibe como entrada los bits provenientes del bus de direcciones, siendo éstos por lo general los más significativos. Sabiendo que los chips de selección de la memoria RAM, ROM, y dispositivos de E/S requieren de una entrada BAJA para ser habilitados; el decodificador deberá generar una salida BAJA para la habilitación de estos dispositivos. Aunque estas señales de habilitación pueden ser también ALTAS, dependiendo del dispositivo a utilizarse. Dependiendo de los rangos especificados para cada dispositivo en el mapa de memoria, se habilitará al dispositivo de acuerdo a la dirección enviada por el microprocesador a través del bus de direcciones.

78

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

En términos generales, el decodificador de direcciones es un circuito lógico que se encarga de interpretar el código de n líneas de entradas, para activar un máximo de 2n líneas de salida; en la Figura 20, se observa el diagrama de bloques en el cual se representan las entradas y salidas. Figura 20. Diagrama de bloques de un decodificador n x 2n

n Entradas

-

-

-... Decodificador

- - .....

nx 2"

-

-

-

-----

2"Salidas

En la Figura 21, se presenta un ejemplo de un decodificador de 2 a 4 líneas, por lo tanto, éste dispositivo tiene 2 líneas de entrada y 4 líneas de salida. En la Tabla 12, se indican sus entradas y salidas correspondientes. Las entradas I0 e I1, representarían en conjunto, un entero de 0 a 3 en código decimal. G determina la activación del circuito (1 → circuito activo, 0 → circuito no activo). Por ejemplo, con G=1, I0=1 e I1=0, se activará la salida Y1. Tabla 12. Tabla de verdad del decodificador de 2 a 4 líneas G

I1

I0

Y3

Y2

Y1

Y0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

79

Dispositivos para decodificación y memoria Figura 21. Circuito lógico del decodificador 2 a 4 líneas

IO

YO

Yl 11

Y2

G

Y3

La complejidad del decodificador de direcciones dependerá de las especificaciones del mapa de memoria que se vaya a utilizar; por ejemplo, en muchas ocasiones teniendo un mapa de memoria en el cual solo se desea direccionar de uno a dos dispositivos, el decodificador de direcciones, podría ser tan simple como el uso de una compuerta inversora, para su implementación. Por otro lado, cuando se diseña un sistema microprocesado, con proyección de crecimiento, se recomienda utilizar decodificadores de direcciones más elaborados, que permitan contar con habilitaciones para dispositivos futuros. Cabe resaltar que un decodificador de direcciones puede ser diseñado de diferentes formas, siendo las más comunes mediante compuertas lógicas o utilizando el circuito integrado DEMUX 74LS138. El uso de cada una de las opciones mencionadas dependerá de la cantidad de dispositivos a direccionar. Si se trata de un mapa de memoria sencillo, la utilización de compuertas lógicas para que desempeñen la función de decodificador de direcciones, será lo más conveniente. Sin embargo, cuando se trata de un sistema microprocesado con gran cantidad de dispositivos, la mejor opción sería la utilización del circuito integrado 74LS138. El mapa de memoria constituye la base para la implementación del decodificador de direcciones, puesto que es indispensable la determinación de sus rangos, para obtener los bits de direcciones que servirán de entradas para el diseño del decodificador.

80

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

Para entender lo anteriormente mencionado, a continuación, se presenta el diseño de un decodificador de direcciones mediante compuertas lógicas y posteriormente utilizando el circuito integrado DEMUX 74LS138.

Diseño del decodificador de direcciones a través de compuertas lógicas En este apartado se analizará el diseño del decodificador de direcciones a través de compuertas lógicas, para lo cual es necesario recordar algunos conceptos sobre las compuertas lógicas, y la metodología para el diseño de circuitos combinatorios. Las compuertas lógicas son dispositivos digitales de pequeña escala de integración, que en conjunto permiten implementar circuitos para realizar acciones o resolver problemas digitales específicos; en este caso las compuertas permitirán implementar un decodificador de direcciones para un sistema microprocesado. El diseño del decodificador de direcciones a través de compuertas lógicas, está basado en la metodología de diseño de circuitos combinatorios, que consta de los siguientes pasos: • Definir las entradas y salidas para su representación en la tabla de verdad. • Establecer las condiciones requeridas en la tabla de verdad. • Obtener la(s) expresión(es) de salida(s) que cumpla(n) con la funcionalidad deseada. • Simplificar la(s) expresión(es) de salida(s), mediante álgebra de Boole o mapa de Karnaugh. • Representar la(s) expresión(es) de salida(s) simplificada(s) mediante el uso de compuertas lógicas. Para el diseño de un decodificador de direcciones, es necesario tener conocimiento del rango de direcciones que tiene el mapa de memoria, de esta forma se podrá identificar al dispositivo de memoria y proceder a su activación. A continuación, se presenta un ejemplo paso a paso sobre cómo diseñar un decodificador de direcciones mediante el uso de compuertas lógicas.

Dispositivos para decodificación y memoria Ejemplo 2 - 3

81

Decodificador de direcciones mediante compuertas lógicas.

Diseñar un decodificador de direcciones utilizando compuertas lógicas, para un sistema microprocesado que tiene un bus de direcciones de 16 bits y bus de datos de 8 bits, cuyo mapa de memoria se indica en la Figura 22. Considere que las memorias requieren de señales ALTAS para su activación: Figura 22. Ejemplo de mapa de memoria para el diseño de un decodificador de direcciones mediante compuertas lógicas 65535 d

---

-----·

FFFF H

-----·

0000 H

LIBRE RAM2 (2 Kb X 8) RAM 1 (2 Kb X 8)

0000 d

ROM 1 (2 Kb X 8)

07

DO

Solución

Datos: m = Número de bits del bus de direcciones = 16 bits n = Número de bits del bus de datos = 8 bits C.M.D. = Capacidad de Memoria direccionable = ? Paso 1: Se determina la C.M.D. del sistema microprocesado, mediante la siguiente expresión: C.D.M. = 2m . n C.D.M. = 216 . 8 = 524288 bits = 65536 bytes = 64Kb Paso 2: Se determinan los rangos de direcciones para cada una de las memorias que forman parte del sistema microprocesado. Para ello es necesario indicar:

82

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

• Si el bus de datos del sistema microprocesado es de 8 bits, esto implicaría que se puede direccionar 1 byte por cada localidad de memoria. Por lo tanto, para una memoria de 2 Kb, se tendría:

Nro de localidades memoria 2kb=

2048 bytes 1 bytes localidad

Nro de localidades memoria 2kb= 2048 localidades

• La C.M.D. del sistema microprocesado es de 64Kb y la suma total de espacio ocupado por las tres memorias es de 6Kb entonces: El espacio libre sería igual a: 64 Kb – 6 Kb = 58 Kb Por lo tanto, el rango de direcciones sería:

ROM 1 = 0 – 2047 RAM 1 = 2048 – 4095 RAM 2 = 4096 – 6143 LIBRE = 6144 – 65535

= = = =

0000H – 07FFH 0800H – 0FFFH 1000H – 17FFH 1800H – FFFFH

En la Figura 23, se indica el mapa de memoria, con los rangos de direcciones que se han determinado para cada dispositivo. Figura 23. Ejemplo de un mapa de memoria formado por 4 espacios de memoria, con sus respectivos rangos 65535d

FFFFH LIBRE

6144 d 6143d

1800H 17FFH

RAM2 (2Kx8)

4096d 4095d

1000 H OFFF H

RAMl (2 Kx8)

2048d 2047d

0800H 07FFH

ROM 1 (2Kx8)

OOOOd

07

DO

OOOOH

83

Dispositivos para decodificación y memoria

Paso 3: Los rangos de direcciones determinados anteriormente deben ser convertidos a sistema binario y distribuidos tal como se muestra en la Tabla 13. Cabe señalar que en ésta tabla, sólo se han tomado para el direccionamiento los dispositivos de memoria ROM 1, RAM 1 y RAM 2, no así el espacio de memoria LIBRE, ya que se considerará para ejemplo, que el sistema no tendrá crecimiento futuro. Es oportuno recordar que si se desea trabajar con un sistema abierto (incremento de dispositivos a futuro) tendrá que considerarse el espacio de memoria LIBRE, para el diseño del decodificador de direcciones.

A0

1

A1

1

A2

1

A3

1

A4

0

A5

A7

1

A6

A8

0

A9

0

A10

0

A11

A13

6143

A12

A14

17FF H

A15

RAM

RANGO DECIMAL

RANGO HEXADECIMAL

DISPOSITIVO

Tabla 13. Ejemplo de bits correspondientes a rangos de direcciones de dispositivos de memoria

1

1

1

1

1

1

1 0

2

1000 H

4096

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

RAM

0FFF H

4095

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0800 H

2048

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

ROM

07FF H

2047

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0000 H

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Luego, se realiza la selección de los bits que servirán de entradas para el decodificador de direcciones; analizando que sean unívocos para cada espacio de memoria, es decir, los bits seleccionados deberán presentar un patrón único para cada dispositivo de memoria. Para el caso de la Tabla 13, se puede observar que los bits desde A0 hasta A10; cambian siempre de la misma manera para todos los dispositivos del sistema, razón por la cual deben ser descartados; y por lo tanto, los bits a continuar analizando, serían desde A11 hasta A15, tal como se observa en la Tabla 14.

84

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

Tabla 14. Ejemplo de selección de bits para la activación de dispositivos de memoria A15

A14

A13

A12

A11

ROM1

RAM 1

RAM2

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

Analizando la Tabla 14, se dará cuenta que los bits desde A13 hasta A15, nunca cambian, ya que sus estados lógicos se mantiene en cero (0), cuando se habilitan cualquiera de los dispositivos de memoria; razón por la cual, éstos bits también deberán ser descartados. Se procede a simplificar la tabla, obteniendo el siguiente resultado: Tabla 15. Ejemplo de simplificación de selección de bits para activación de dispositivos de memoria A12

A11

ROM 1

RAM 1

RAM 2

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

Las expresiones de salida, para el decodificador de direcciones diseñado, quedarán de la siguiente manera: CSROM 1 = A12’ . A11’ CSRAM 1 = A12’ . A11 CSRAM 2 = A12 . A11’ Paso 5: El circuito lógico correspondiente para las expresiones de salida anteriores, y por lo tanto el decodificador de direcciones diseñado, quedará de la siguiente manera:

Dispositivos para decodificación y memoria

85

Figura 24. Ejemplo de decodificador de direcciones mediante compuertas lógicas

Aplicación del DEMUX 74138 como decodificador de direcciones El DEMUX 74LS138, es un circuito integrado MSI, conformado internamente por 15 compuertas lógicas de tipo DIP, y con las siguientes características: Posee 16 pines. ● Tiene 3 entradas de selección: A, B, C, en los pines 1 – 3, repectivamente. ● Compuesto por 8 salidas Y0 – Y7, en los pines 7, 9-15. ● Sus salidas se activan con señales en BAJO (0) ● Puede ser usado como un decodificador y demultiplexor. ● La habilitación sólo se activa cuando se cumple con la ecuación: E= G2A x G2B x G1 Mediante el pin de habilitación se puede conectar en paralelo varios de estos chips; de este modo se amplían las posibilidades de decodificar mayor cantidad de direcciones (siendo múltiplos de 8). En la Figura 25, se presenta el diagrama de pines de este integrado: Figura 25. DEMUX 74LS138N

U3 A B

e

Gl.

-G2A -G2B

8

GND

vcc YO Yl.

Y2 Y3 Y4 YS Y6 Y7

74LS138N

86

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

En base a la figura 25, los pines 1, 2 y 3 (A, B, C, respectivamente) son las entradas de datos. Para que realice las funciones del decodificador, los pines 6, 4, 5 (G1, -G2A, -G2B), también conocidos como entradas de validación, deben ser configurados correctamente, para lo cual se conecta el pin 4 y 5 a tierra, el pin 6 se conecta al voltaje de alimentación o a una señal ALTA. El pin 8(GND) debe ser conectado a tierra, para que funcione correctamente el dispositivo. Los pines 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 (Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0), dan como salidas señales BAJAS, las cuales son determinadas por la combinación de bits que se den en las entradas. Para finalizar el pin 16 debe ser conectado a una fuente de voltaje de + 5 voltios, para el funcionamiento del dispositivo. En la tabla 16, se muestra la tabla de verdad del DEMUX 74LS138. Tabla 16. Tabla de verdad del DEMUX 74LS138 ENTRADAS ENABLE

SALIDAS

SELECT

G2A

G2B

G1

C

B

A

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

1

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

X

1

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

X

X

0

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

Cabe recalcar que la tabla de verdad muestra cómo opera el decodificador 74LS138, cuyas salidas activas BAJAS, serán activadas, de acuerdo a la selección de datos de entrada del dispositivo, donde solo enviará dichas señales cuando sus pines 4 y 5(-G2A, -G2B) respectivamente estén en bajo y el pin 6 (G1) en alto, de otra forma el DEMUX no funcionará. Es importante mencionar que para el diseño del decodificador de direcciones a través del DEMUX 74LS138, el mapa de memoria constituye una base importante, ya que se utilizan sus rangos para

87

Dispositivos para decodificación y memoria

obtener las combinaciones de bits que activarán los dispositivos de memoria. A continuación, se presenta un ejemplo del uso de un DEMUX 74LS138, como decodificador de direcciones en un sistema microprocesado. Ejemplo 2 - 4

Decodificador de direcciones mediante el DEMUX 74LS138

Se pretende diseñar un decodificador de direcciones, utilizando el DEMUX 74LS138, para un sistema microprocesado, que tiene un bus de direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits; cuyo mapa de memoria se indica en la Figura 26. Figura 26. Decodificador de direcciones a través del DEMUX 74LS138 - Ejemplo de mapa de memoria FFFF H

65535 d LIBRE

1800 H 17FF H

6144 d 6143

RAM2 (2 Kx8)

d

1000 H OFFF H

4096 d 4095 d

RAM1 (2 Kx8)

0800 H 07FF H

2048 d

ROMl

2047 d

(2 Kx8) 0000 d

07

0000 H

DC

Paso 1: Se determina la tabla con los rangos de direcciones, para conocer las entradas con las que se activa cada dispositivo de memoria.

RAM 1

ROM 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

A0

0

1

A1

1

0

A2

0

0

A3

0

0

A4

0

4096

A5

A7

6143

A6

A8

17FF H 1000 H

A9

A10

A11

A13

A12

A14

RANGO DECIMAL

A15

RAM 2

RANGO HEXADECIMAL

DISPOSITIVO

Tabla 17. Decodificador de direcciones a través del DEMUX 74LS138 - Ejemplo de rangos de direcciones.

0FFF H

4095

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0800 H

2048

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

07FF H

2047

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0000 H

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

88

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

Paso 2: Se plantea la tabla de combinaciones lógicas, que determinan la activación de cada dispositivo de memoria. En este caso consideramos las entradas A14, A13, A12 y A11. Tabla 18. Decodificador de direcciones a través del DEMUX 74LS138 - Ejemplo de obtención de combinaciones lógicas para la activación de memoria A15

A14

A13

A12

A11

ROM1

RAM 1

RAM2

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

Paso 3: Se determina una tabla, con los respectivos estados lógicos en las entradas y salidas para activar las diferentes memorias, sin considerar las variables cuyos estados lógicos no son variables, en este caso se eliminan las entradas A13, A14 y A15; obteniendo como resultado la tabla siguiente: Tabla 19. Decodificador de direcciones a través del DEMUX 74LS138 - Ejemplo de combinaciones lógicas para la activación de dispositivos de memoria Decodificador Salida

A12

A11

ROM1

RAM 1

RAM2

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

2

1

0

0

0

1

En la Tabla 19, se establece que la memoria ROM 1 se activa con las combinaciones “00” en las entradas A12 y A11 respectivamente, lo que significa que su salida es la Y0 en el decodificador; esto lo puede verificar en la tabla de verdad del DEMUX 74LS138. Paso 4: Con la tabla anterior se puede representar el circuito del decodificador y los dispositivos de memoria, teniendo en cuenta los estados lógicos que entran, y sus respectivas salidas.

Dispositivos para decodificación y memoria

89

Figura 27. Esquema de un decodificador de direcciones a través el DEMUX 74LS138 IC1 -ROM1 E-RAM1 CE-RAM2 A

LS1380 Preguntas de reflexión

• ¿Cuándo se considera apropiado, utilizar compuertas lógicas para el diseño de un decodificador de direcciones para un sistema microprocesado? • ¿Cuándo se considera apropiado, utilizar un DEMUX 74LS138 como decodificador de direcciones en un sistema microprocesado?

Bibliografía • Brey, B. (1994). Los microprocesadores Intel 8086/8088, 80186, 80286, 80386, 80486, procesador Pentium Pro, Pentium II, Pentium III y Pentium 4: Arquitectura, Programación e interfaces; Tercera Edición. Mexico: Macmillan. • Prieto, A., Lloris, A., & Torres, J. (2002). Introducción a la Informática, Tercera Edición. España: McGraw-Hill. • Tokheim, R. (1995). Fundamentos de Microprocesadores. Mexico,: McGraw - Hill. • Tanenbaum, A. (1992). Organización de Computadoras, Tercera Edición. Prentice Hall. • Prieto, A., Lloris, A., & Torres, J. (2002). Introducción a la Informática, Tercera Edición. España: McGraw-Hill. • Morris Mano, M. (1982). Lógica Digital y Diseño de Computadoras. México: Prentice Hall, Inc.

Dispositivos de memoria Clasificación de las memorias Las memorias en un equipo informático almacenan información, ya sea de forma temporal o permanente. Dependiendo de la tecnología de los elementos de memoria, éstas pueden ser de tipo volátil y no

90

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

volátil. Para comprender mejor qué es la memoria dentro de un sistema microprocesado, se presenta una pequeña conceptualización. Memoria. Es un conjunto de celdas electrónicas que guardan información. Ésta información puede ser de programa o datos. Las memorias pueden ser clasificadas según la forma de acceder (directo, secuencial, asociativo), según la tecnología (volátil o no volátil) y según la estructura interna (aleatoria o en serie). Existen muchos tipos de memoria, pero en este apartado se mencionarán únicamente la clasificación de las memorias de semiconductores. A continuación, en la Figura 28, se indica la clasificación de las memorias de semiconductores y se especifican las subdivisiones de cada una de ellas.

Dispositivos para decodificación y memoria

91

Figura 28. Clasificación de las memorias de semiconductores

MEMORIAS

oe SEMICONDUCTORES Según la forma de acceder • lo inlonMd6n Accee.o

l

o o

01

o

º'o

Mode

CE

OE

Vpp

A9

O0-O7

Read

V IL

V IL

VCC

X

D OUT

Program

V IL

V IH

VH

X

D IN

Program Verify

V IH

V IL

VH

X

D OUT

Program Inhibit

V IH

V IH

VH

X

High Z

Standby

V IH

X

V CC

X

High Z

Output Disa le

V IL

V IH

V CC

X

High Z

Identify

V IL

V IL

VCC

VH

Identity Code

Nota: X = Don’t Care.

2764 Nro. Pines:

28

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

5V

Bus de datos:

8 Bits (O0 – O7)

Bus de direcciones:

13 Bits (A0 – A12)

Señales de Control:

CE, OE, PGM

Capacidad de memoria:

64K (8K x 8)

Representación simbólica

IC2

+

Tabla de verdad Mode

CE

OE

PGM

A9

V pp

O0-O7

Read

V IL

V IL

V IH

X

V CC

Data Out

Output Disable

V IL

V IH

V IH

X

V CC

Hi-Z

Program

V IL

V IH

V IL Pulse

X

V pp

Data In

Verify

V IL

V IL

V IH

X

V pp

Data out

Program Inhibit

V IH

X

X

X

V pp

Hi-Z

Standby

V IH

X

X

X

V CC

Hi-Z

Electronic Signature

V IL

V IL

V IH

V ID

V CC

Codes Out

Nota: X = VIL or VIL, VID=12V ± 0,5%

96

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas 462716 Nro. Pines:

24

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

5V ± 10%

Bus de datos:

8 bits (O0 – O7)

Bus de direcciones:

11 bits (A0 – A10)

Señales de Control:

CS, PD/PGM

Capacidad de memoria:

2k x 8bits

Diagrama de pines

...... ...,.. ..

Tabla de verdad

Mode

....'"

...

Pins

Read Deselect

v..

a

Power Down

)'O/f'CM

CE (18)

OE (20)

V pp

V CC

Outputs (9-11, 13-17)

V IL

V IL

+5

+5

D OUT

Don’t Care

V IH

+5

+5

High Z

V IL

Don’r Care

+5

+5

High Z

o.

o. o. o.

Program

V IH

+25

+5

Din

º'

Pilsed V IL to V IH

o.

Program Verify

V IL

V IL

+25

+5

D OUT

Program Inhibit

V IL

V IH

+25

+5

High Z

""

o. :so

o.

Eeprom Eeprom son las siglas de Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (Memoria eléctricamente programable y borrable de solo lectura) La ventaja de este chip es que retiene su contenido sin energía, y puede borrarse tanto en el computador, como también externamente, requiriendo un voltaje mayor para el borrado, que la base de 5 voltios que se usa en circuitos lógicos. Se detalla un ejemplo de este tipo de memoria a continuación:

Dispositivos para decodificación y memoria

97

2402 Nro. Pines:

8

Encapsulado:

DIP

Voltaje de alimentación:

2.7V

Bus de datos:

1 Bit (Serial)

Bus de direcciones:

3 Bits (A0 – A2)

Señales de Control:

Hardware Write Protect (WP)

Capacidad de memoria:

2K (8x256 bits)

Descripción de los pines

Tabla de verdad Mode Current Address Read Random Address Read

WP bit ‘1’

MODE X

Bytes

Initial Sequence

1

START, Device Select, RW =’1’

‘0’ X

1

‘1’

START, Device Select, RW =’0’, Address, reSTART, Device Select, RW =’1’

Sequential Read

‘1’

X

1 to 256

START, Device Select, RW =’0’

Byte Write

‘0’

X

1

START, Device Select, RW =’0’

Multibyte Write (2)

‘0’

V IH

4

START, Device Select, RW =’0’

Page Write

‘0’

V IL

8

START, Device Select, RW =’1’

Nota: 1. X = V IH or V IL; 2. Multibyte Write not available in ST24/25W02 versions.

Chips de memoria de datos La memoria de datos es volátil, esto significa que los programas que se leen son debido a que la memoria está energizada, pero cuando esa energía deja de estar en la ram, los programas cargados desaparecen. Entre sus características se encuentran: • Los programas almacenados en esta memoria se borran, por ejemplo, cuando se apague un computador y se eliminará de la memoria cuando se cierra el fichero o herramienta que se esté utilizando. • Estas memorias mantienen unos tiempos de acceso con un ancho de banda mucho más rápido que el disco duro, por lo que se

98

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

han convertido en un factor determinante para la velocidad de un ordenador. Existen muchas variantes de memoria RAM, algunas de ellas se mencionan a continuación. Sram Sram son las siglas de Static Random Access Memory (Memoria estática de acceso aleatorio) Este tipo de memoria, tiene un consumo mínimo de energía eléctrica para su refresco y movimiento de las direcciones de memoria; gracias a ello, esta memoria funciona más rápido, aunque tiene un precio elevado. A continuación, se indican algunos ejemplos de ésta memoria. 6116

::PvHs

HM3 -6116-5 ""40.

¡;¡

Nro. Pines:

24

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

5V ± 10%

Bus de datos:

8 bits (I/O1…I/O8)

Bus de direcciones:

11 bits (A0…A10)

Señales de Control:

WE, OE, CS

Capacidad de memoria:

16K (2K x 8 bits)

Descripción de los pines

1/03 1/04 1/05 1/06 1/07 + 1/08

Tabla de verdad

Mode

CS

OE

WE

I/O

Standby

H

X

X

High-Z

Read

L

L

H

DATAout

Read

L

H

H

High-Z

Write

L

X

L

DATAin

Nota: 1. H = VIH, L = VIL, X = Don’t Care.

99

Dispositivos para decodificación y memoria 62256 Nro. Pines:

28

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

4.5V

Bus de datos:

8 Bits (I/O0 - I/O7)

Bus de direcciones:

15 Bits (A0 - A14)

Señales de Control:

WE, OE, CS

Capacidad de memoria:

256K (32K x 8)

Descripción de los pines

AO Al A2 A• A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Al A12 A13 A14

1/00 1/01 1/02 1/03 1/04 1/05 1/06 +1/07

VCC

WE OE

es

V'lS

Tabla de verdad

CS

'ª

iNPUTS / Outputs

WE

OE

Mode

Power

H

X

X

High-Z

Deselect/ Power-down

StandBy I SB

L

H

L

Data Out

Read

Active I CC

L

L

X

Data In

Write

Active I CC

L

H

H

High-Z

Output Disabled

Active I CC

14

Dram (ram dinámica) Dram son las siglas de Dinamic Random Access Memory (Memoria dinámica de acceso aleatorio) Se denomina así, a un tipo de tecnología de memoria ram basada en condensadores, los cuales pierden su carga progresivamente, razón por la cual necesitan de circuitería adicional para el ciclo de refresco. A continuación, se indican algunos ejemplos de éste tipo de memoria. 4264 Nro. Pines:

18

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

5V ± 10%

Bus de datos:

4 Bits (DQ1 – DQ4)

Bus de direcciones:

8 Bits (A0 – A7)

Señales de Control:

WE, OE, RAS, CAS

Capacidad de memoria:

64K (16,384x4) Bits

100

Johnny Paúl Novillo Vicuña / Dixys Leonardo Hernández Rojas

Representación simbólica

IC1 AO A1 A2 A3 A4 AS A6 + A7 AS A9 8

14 13 12 11

01 02 03 04

CE1 CE2

10

4116 Nro. Pines:

16

Encapsulado

DIP

Voltaje de alimentación:

5V

Bus de datos:

1 Bits

Bus de direcciones:

7 Bits (A0 – A6)

Señales de Control:

W, RAS, CAS

Capacidad de memoria:

16.384 Bit (16,384x1)

Descripción de pines

M

18

Vss

DQI

17

DQ4

0(12

16

~

WE

15

OQ3

14

AO

A6

13

Al

A5

1Z

A2

A4

11

A3

Ycc

10

A7

l